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拳参多糖的提取工艺的优化

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2019/08/26
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中药/天然药检测

摘要：
目的：探索提取温度、液固比和提取时间对拳参多糖产率的影响，得到提取拳参多糖最优工艺条件。方法：用均匀设计实验优化拳参多糖的提取工艺，用苯酚硫酸法测出每次实验所得多糖的纯度，再求得每次实验纯多糖的得率，然后应用回归分析的方法分析实验得出的数据，以纯多糖的得率为指标，对提取温度、液固比、提取次数和提取时间3个因素进行分析，得出最佳工艺条件，并进行验证。结果：实验得出茵陈多糖的最佳提取条件是：提取温度100℃、提取时间135 min、提取液固比55:1。结论：验证实验平均得率纯多糖实际产率5.95%与理论得率5.79%十分接近，说明我们得到的最佳工艺条件是可靠的。

1　　前言

拳参又名紫参，草河车，为蓼科蓼属多年生草本植物拳参Polygonum bistirta L.的干燥根茎。拳参一名最早出现在《本草图经》中，其性状呈扁圆形而弯曲，两端钝圆或稍尖，质硬脆，易折断，断面棕红或赤褐色，无嗅，其性苦、涩、微寒，具有清热解毒，凉肝熄风，消肿止血的功效。临床上用于赤痢，热泻，肺热，咳嗽，痈肿，瘰疬，口舌生疮，吐血，痔疮出血，毒蛇咬伤的治疗。
近十几年来研究表明，拳参的化学成分多样，主要有绿原酸、丁二酸、没食子酸、儿茶素及鞣质等。刘晓秋等从拳参的乙醇提取物中得到9个化合物，经理化常数和光谱分析，确定为没食子酸、丁二酸、槲皮素、槲皮素-5-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、原儿茶酸、丁香苷、（+）-儿茶素、芦丁及mururin A。孙晓白对拳参根茎的化学成分进行了系统的研究，干燥根茎粉碎后用95%甲醇浸泡提取3次，减压浓缩后，依次用石油醚，乙酸乙酯，正丁醇萃取，再通过硅胶柱层析，葡聚糖柱层析，制备薄层层析和重结晶等手段，得到了20个化合物，并确定了其中的3β-acetoxy-dammara-20、24-diene、Ferenemone等17个化合物结构。肖凯等用60%的丙酮对拳参根茎进行提取，并用反向层析的方法进行分离纯化，得到10个化合物，最终确定为没食子酸、色氨酸、2，6-二羟基苯甲酸等。
现代药理研究表明拳参有抗菌作用、镇痛作用、中枢抑制作用、心肌保护作用等，临床用于治疗菌痢、肠炎、肺结核、婴幼儿秋冬腹泻、湿热型痢疾等。曾靖等通过实验表明拳参的镇痛作用与氨基比林相当。刘晓秋等通过采用斜面法测定拳参各提取物和单体化合物的最低抑菌浓度，研究了拳参根茎中得到的5种不同溶剂提取物及4种单体化合物的体外抑菌活性。刘春棋等过滤纸片对拳参提取物进行了抑菌试验，结果发现不同浓度的拳参提取物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有一定的抑菌效果。eepak Mittal 研究了拳参提取了拳参及其活性成分对四氯化碳和扑热息痛所造成的肝损伤的保护作用。李洪亮在首届全国方剂组成原理高峰论坛上发表的论文研究发现拳参－413本身对正常血管无明显作用，在NA致血管收缩的前提下，拳参－413对大鼠离体胸动脉环具有显著的剂量依赖性舒张作用。曾纪荣、曾庆磊等研究了拳参提取物在大鼠视网膜缺血再灌注损伤时抗氧化作用的影响。曾昭毅、王敏等用昆明小鼠证明拳参水提物有与氨基比林、吗啡相当的镇痛作用，并认为其镇痛作用并非通过阿片受体而发挥。李珂珂、栾希英等探讨了拳参水提物对正常小鼠免疫功能的影响。李珂珂、栾希英研究了拳参乙醇提取物（BRE）的免疫调节作用。
近年来国内外对拳参的研究日趋深入，有关其化学成分和药理活性方面的研究已进行了一定量的工作，但通过查阅资料，关于拳参多糖的文献较少，说明目前对于拳参多糖的研究鲜有报道。因此，本课题拟对拳参多糖的提取工艺进行研究，对拳参多糖的提取条件进行优化，从而为拳参多糖的深入开发利用提供实验依据。本课题我们就重点探讨拳参多糖的最佳提取条件，通过对拳参多糖提取过程中影响拳参多糖产率、纯度的因素进行单因素实验，单因素实验包括提取时间、提取温度、液固比及提取次数，最终确定最优提取时间为2.5h，提取温度为100℃，液固比为20:1。然后根据单因素最优条件进行均匀设计实验，用线性回归的分析方法分析实验得出的数据，找出拳参多糖的最佳提取条件。

2　实验材料与方法

2.1 实验仪器
CPJ1003型电子天平（上海奥豪斯仪器有限公司）
HH-1数显恒温水浴锅（金坛市晶玻实验仪器厂）
80-2离心机(上海荣泰生化工程有限公司)
RE-52A旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）
GZX-9070电热恒温鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）
ZKXF-1型真空干燥箱（河北荣昌试验仪器厂）
SHD-Ⅲ型循环水式多用真空泵（保定市新区阳光科教仪器厂）
BCD-223MT冰箱（河南新飞电器有限公司）
752型紫外可见分光光度计（上海恒平科学仪器公司）
24目，100目标准筛（浙江上虞市华丰五金仪器有限公司）
2.2 实验材料和试剂
拳参（河北省安国药材市场）
无水乙醇（分析纯，天津市富宇精细化工有限公司）
蒸馏水（实验室自制）
葡萄糖（分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）
苯酚（分析纯，天津市福晨化学试剂厂）
浓硫酸（分析纯，北京化工厂）
2.3　实验方法步骤
2.3.1拳参的前处理
拳参粉碎，放入真空烘箱中，70℃干燥2h，过24目筛得到拳参粉，备用。
2.3.2粗多糖的提取流程
拳参粗多糖提取的实验流程如下：
精确称取拳参粉约5.0g于500mL圆底烧瓶中，加入规定液固比的蒸馏水，用恒温水浴锅T℃加热不同时间，先用脱脂棉过滤，然后用布氏漏斗抽滤，将滤液浓缩（旋转蒸发）至约10mL，加95%乙醇30mL，置具塞锥形瓶中，冰箱4℃放置24mL，然后用10mL试管离心（4000rpm，20min），弃去上清液，取沉淀，于50℃真空干燥箱干燥过夜，然后将所得沉淀称重，并计算粗多糖产率。
其中，液固比、提取温度T、提取时间t及提取次数根据实验过程中考察因素的改变，作相应更改。
2.3.3粗多糖产率的计算
实验提取出的拳参粗多糖，经过烘干后，置于电子分析天平称重，得出的数据除以样品重量，即可得出拳参粗多糖的产率。

2.3.4单因素实验
2.3.4.1　液固比对拳参粗多糖提取率的影响
采用提取温度80 ℃，加热2.5h，提取1次，考察了液固比对提取收率的影响。在结合前人相关中药材实验的基础上，确定考察液固比为10:1、20:1、30:1、40:1。粗多糖产率见表2-1。
表2-1　　液固比对粗多糖提取率的影响

液固比（mL/g）	10:1	20:1	30:1	40:1
粗多糖产率(%)	7.61	10.86	10.14	9.18

2.3.4.2　提取温度对拳参粗多糖提取率的影响
采用液固比为20:1，提取时间2.5h，提取1次，考察了提取温度对粗多糖得率的影响。本实验确定考察温度为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。粗多糖产率见表2-2。

表2-2　　提取温度对粗多糖提取率影响

提取温度	60℃	70℃	80℃	90℃	100℃
粗多糖产率(%)	6.42	9.24	10.67	12.11	17.83

2.3.4.3　提取时间对拳参粗多糖提取率的影响
采用提取温度80 ℃，液固比20:1，提取1次，考察了提取时间对粗多糖得率的影响。通过查阅文献，本实验确定考察时间为1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h。粗多糖产率见表2-3。

表2-3 提取时间对粗多糖提取率的影响

提取时间（h）	1.5	2	2.5	3	3.5
粗多糖产率（%）	8.25	8.85	11.14	9.90	8.92

2.3.4.4　提取次数对拳参粗多糖提取率的影响
采用提取温度80 ℃，提取时间2.5h，液固比20:1，考察了提取次数对粗多糖得率的影响。根据前人提取数据，将提取次数定为1次、2次、3次、4次。粗多糖产率见表2-4。

表2-4 提取次数对粗多糖提取率的影响

提取次数	1	2	3	4
粗多糖产率（%）	11.27	13.08	16.49	16.83

2.3.5均匀设计实验
2.3.5.1 均匀设计实验方案
根据单因素实验结果确定各因素的取值范围：提取温度X₁ :55℃~100℃；料液比X₂：1:10~1:37：提取时间X₃：1.5h~3.75h，设计出一个3因素10水平的均匀设计表。根据均匀设计表中所列的提取条件，按照拳参粗多糖的提取流程，提取拳参粗多糖，用苯酚硫酸法测定各次实验所得粗多糖含量，计算纯多糖产率，结果见表2-5。

表2-5 均匀设计实验表及结果

条件
编号

提取温度（℃）

液固比

（mL/g）

提取时间（min）

纯多糖产率

（%）

180

1.819

120

2.209

225

1.610

165

1.947

105

2.007

210

3.647

150

3.616

4.717

195

4.852

100

135

6.595

2.3.5.2 标准曲线的绘制
标准液的配制：称取葡萄糖0.1246g于100mL容量瓶中，加蒸馏水至刻度，摇匀得124.6mg/L的储备液，分别精密量取储备液1.0mL、0.8mL、0.6mL、0.4mL、0.2mL，置于25mL的容量瓶中，加水至刻度，摇匀。则得5个不同浓度的标准液。
配制5%苯酚溶液：称取苯酚1.2512g于烧杯中，用加热至约50℃的蒸馏水溶解，转移至25mL的容量瓶中，加水至刻度，摇匀。
标准曲线的绘制：用干燥的2mL移液管取2mL标准溶液于具塞试管中，再用移液枪移取1mL5%的苯酚溶液，快速加入上述具塞试管中，充分混匀，用5mL移液管取5mL浓硫酸快速加入上述试管中，充分摇匀，盖好试管塞。沸水浴15min，冷水浴10min，室温放置5min（5个储备液之间间隔5min加硫酸）。再将标准液换成蒸馏水，其他操作不变配成空白待测溶液。将上述反应30min后的溶液分别在490nm处测定吸光度，以吸光度A为纵坐标，以葡萄糖标准溶液C为横坐标，绘制标准曲线。（见图2-6）
标准曲线的线性范围为：0.10072×10^-1 mg/mL ~0.50360×10^-1mg/mL。
曲线方程：A=0.015C+0.0502，相关系数：R²= 0.9997

图2-6 标准曲线

2.3.5.3 苯酚-硫酸法测纯多糖含量
分别取均匀设计实验所得粗多糖0.0201g于小烧杯中，加少量水搅拌使其溶解，转移至500mL容量瓶中，加蒸馏水至刻度，摇匀。用2mL移液管移取2mL上述溶液于具塞试管中，再用移液枪移取1mL5%的苯酚溶液，快速加入上述具塞试管中，充分混匀，用5mL移液管取5mL浓硫酸快速加入上述试管中，充分摇匀，盖好试管塞。沸水浴15min，冷水浴10min，室温放置5min，反应完全后在490nm处测定其吸光度，每次需配制空白对照用来校正可见分光光度计。将测得的吸光度带入标准曲线方程中计算出所配溶液的多糖浓度，进而得到纯多糖的质量，再除以所称拳参样品的质量，即为纯多糖得率，结果见表2-5。

×100%

3　　实验结果

3.1 单因素实验结果
3.1.1液固比
图3-1表明，液固比在10:1和20:1之间粗多糖得率共提高42.76 %，在20:1到30:1之间以及30:1到40:1之间，反而下降。主要是由于开始增加提取液体积有利于细胞内容物的溶出，而液固比到达20:1之后，多糖成分已基本溶出，故粗多糖得率没有太大增加，并且考虑到工业生产中水的用量，所以液固比20:1最为合适。

图3-1　　液固比对拳参粗多糖得率的影响

3.1.2提取温度
结果见图3-2。由图中可以看出，当温度从60 ℃上升到70 ℃时，粗多糖得率共提高了64.59%，从70℃到80℃，提高了21.40%，80℃到90℃，提高了8.55%，从90℃到100℃，提高了54.77%。随着温度的上升，粗多糖产率一直在增加，说明温度的提高对粗多糖的溶出有帮助。显然，从60℃到70℃时，粗多糖产率上升得最快，从70℃到100℃，产率仍然在上升， 100℃时粗多糖产率达到最高得出粗多糖的最佳提取温度为100 ℃。

图3-2　　提取温度对拳参粗多糖得率的影响

3.1.3提取时间
中药材有效药物成分溶出需要一定的时间，较短会造成药物有效成分无法最大限度地溶出，过长的提取时间则会导致有效成分分解。结果见图3-3。可以看出，提取时间超过2.5h后粗多糖得率并未继续增加，反而下降；而2.5h之前，粗多糖得率增加显著，从1.5h到2.5h增加了 35.03%，故2.5h为最佳提取时间。

图3-3　　提取时间对拳参粗多糖得率的影响

3.1.4提取次数
结果见图3-4。结果发现：提取4次时粗多糖得率最高，比1次提取提高了49.33%，差别显著，提取三次较之提取一次，提高了46.32%，而提取两次较提取一次，仅提高了16.06%，提高有限，确定最佳提取次数为3次。

图3-4　　提取次数对拳参粗多糖得率的影响

3.2 均匀设计实验结果
最优提取条件的选择：用SPSS 19.0统计软件，以纯多糖得率为评价指标对各因素进行线性回归分析，模型的优度通过复相关系数和方差分析来判定。结果如表3-5。
表3-5 回归方程

	回归方程式	R	P
回归方程1	Y＝-6.090+0.109X₁+0.035X₂+0.001X₃	0.933	0.005
回归方程2	Y＝-4.559+0.101X₁	0.917	0.000

表3-5中，Y为纯多糖得率，X₁为提取温度，X₂为液固比，X₃为提取时间。方程1，R²＝ 0.870，P值为0.005，回归非常显著，常数项与X₁项P值分别0.037和0.001，均小于0.05 ，回归显著，有统计意义，而X₂，X₃均回归不显著，方程1多糖产率预测值为5.59%；方程2为将各项及其交叉乘积项全部纳入进行逐步回归的结果，我们发现，最后的方程中只保留了X₁项，方程2的 R²＝ 0.841，常数项与X₁项P值分别为0.037和0.001，均小于0.05，回归亦显著有效，其预测值为5.79%，因第二个方程更为有效，故我们采用预测值5.79%。
综合上述两方程的回归结果，及均匀设计和单因素实验结果，我们采取提取温度100℃、提取时间为135 min、提取液固比为25:1，即第10组的条件为最佳条件，并重复3次进行实验验证。结果如下：

表3-6　　均匀设计最优条件验证

实验编号	1	2	3
纯多糖产率（%）	6.07	5.80	5.97
平均（%）	5.95

所得纯多糖实际产率5.95%与理论得率5.79%十分接近。

4 讨论

（1）在研究粗多糖提取过程中单因素变量时，要保证单一变量，其他操作平行一致，若无法保证单一变量，则可能造成实验结果的误差。
（2）在绘制标准曲线及用苯酚-硫酸法测多糖含量时，加硫酸时应均匀快速加入，并用力摇匀，若震摇过慢，硫酸会直接氧化苯酚，导致硫酸不能与糖类反应完全，造成误差。并在测量时保证每组的反应时间一致。
（3）用苯酚-硫酸法测多糖含量时，为使测得的吸光度在标准曲线的吸光度范围之内，使其能用该标准曲线进行计算。
（4）拳参多糖提取次数虽然提取3次比提取1次粗多糖产率高，但所用提取溶剂较多，且粗多糖提取量较所用时间及用料性价比不高，故采用提取1次。
均匀设计法通过提高实验点均匀分散程度，使实验点具有更好的代表性，可通过较少的实验获得较多的信息，使实验结果更准确。实验得到的数据对于今后的实验研究、生产活动具有很强的指导意义。
参考文献
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附件：

拳参提取工艺的优化.doc